Колонизация Титана

[alex_semenov]

Возвращаясь к эскизному фан-проекту (так это называется?) первой экспедиции на Титан.
Я, кажется, нашёл решение проблемы транспортировки грузов на Титан,
Но к сожалению, что бы ДОКАЗАТЬ это решение, мне надо потрудиться...
Много времени назад, если кто помнит, я построил себе такую красивую игрушку модель в Excel



Это простая, плоская, разностная модель расчёта инерциальных межпланетных траекторий, которую я проверил-откалибровал на известных данных. Хотя точность модели меня не сильно устраивала (всё-таки число разрядов в вещественных числах и стандартная математка недостаточно точны), в первом приближении (что и требовалось) - этого было достаточно. Я даже обещал ее выложить тут в общее пользование но не выложил. Потому что недоделал. Модель моделирует только инерциальные траектории. Но ниже (фиолетовый квадрат) я запланировал добить модель и для активных траекторий с малой тягой (разгон-торможение). Но так это и не доделал. Забросил.
Эту работу я делал параллельно с работой AlexAV, где он своим средствами и на своём уровне знаний (более высоком чем у меня призренного инженера) решал задачу оптимизации траекторий с малой тягой на склоне гравитационного колодца космоса (подобную задачу мы с ним, то есть сначала он, потом я, получив от него формализацию-постановку задачи, сам решали и развил-усложнил для межзвёзной прямой трассы, но тут задача - куда сложней и мне - не по зубам).
Идея была в том, что бы на модели проверить выводе AlexAV и в принципе получить то же самое простой "грубой силой" моделирования. Тем более что в модель можно было внести детали, которые, возможно, сделали бы аналитическое решение просто невозможным (так для межзвёздной ракеты с инерционным участком полёта нет аналитического решения, я просто тупо не нашёл, хотя современные матинструменты, возможно дают решения, но опять же это всё те же численные методы).

Так вот. Я модель постоянной малой тяги тогда не достроил и правильно сделал (всё что я не делаю - не делаю к лучшему). Во-первых есть сильное подозрение, что внесение определённого инерционного участка при перелёте на малой тяге как и в случае межзвёздного перелёта даст еще лучший результат чем постоянно включенный двигатель. Во-вторых. Нужно в модели предусмотреть еще более сложный манёвр разделения и расхождения траекторий. Вернее предусмотреть вариант, когда масса апарата вдруг в какой-то момент резко уменьшается.

В общем, надо эту модель доделать до достаточно сложной игрушки, где можно нащупывать интересные и куда более сложные траектории, чем она первоначально задумывалась. И тогда можно будет на ней показать очень интересную идею.
Назвается (условно) - праща.
Первоначально я ее придумал для Луны и для ЖРД, то есть для двигателей большой тяги. Вопрос ставился так. Как запустить с Луны 100 тонн груза в сторону Земли так, чтобы разгонный корабль вернулся к Луне. Оказалось что задача для ЖРД прекрасно решается. Сам разгонный корабль будет весить меньше чем запускаемый груз. Да нужно топливо. При том топливо разогнать корабль до второй космической на Луне с грузом, отцепить груз (хай летит к Земле), а корабль на остатках топлива тормозит себя облегчённого и мягко садится на Луну. Расчёт показал что для Луны всё получается очень круто. Праща. Многоразовая праща. И расчёт тут прост, потому что все памаметры - гомановские. Анализ детский.

Ну вот теперь у меня возник вопрос. А нельзя ли сделать подобную пращу для Сатурна-Титана но опираясь на малую ядерную тягу?
Смтотире.
Стартуя с орбиты Земли (имея уже 8 км/с) вы должны разогнаться еще плюс 7.26 км/с что бы пойти по Гоману к Сатурну. Что такое набрать 7,26 на малой тяге?
Пусть энерговооружённость корабля 100 ватт/кг. Пусть скорость истечения у нашего транспорта 140 км/с. Тогда секундный расход топлива:

 

хотя лучше это записать через удельный секундный расход к сухой массе корабля и удельную мощность w=W/M:
 


А массовое число ракеты, естественно:



Это всё что нам надо для прикидки. И так мы хотим отправить полезную нагрузку в 1000 тонн (коротая уже на орбите) к Титану. Швырнуть ее по орбите Гомана к Титану по инерции. То есть сообщить ему дополнителную скорость 7,26 км/с.  Для этого мы стыкуем к нем электро-ядерный буксир... допустим массой в 1000 тонн (с удельной мощностью 200 ватт/кг) и теперь эта связка имеет удельную мощность  w = 100 ватт/кг. Скорость истечения у нас будет  как у Титан-экспресса  u = 140 км/с, тогда мы получаем удельный секундный расход топлива:

2*100/(140000)^2 = 1,02041E-08 [кг/с/кг]

массовое число.

exp(7,26/140)=1,053225271, то есть удельный (на кг сухой массы) запас топлива 0,053225271. Делим его на удельный расход топлива и получаем время в секундах

за которое наш буксир-праща разгонит груз и себя до скорости перелёта по Гоману. 5216076 с или  60 суток. Заметную часть времени он будет раскручиваться по спирали вокруг Земли (кстати, это тоже надо промоделировать). Но теперь, когда мы стали на трассу 6-и летнего полёта к Титану по экономичной траектории, хорошо бы разгонник расстыковать и вернуть к Земле, а груз, ему что сделается? Он полетел по назначению.
Да, для возврата потребуется тоже топливо. Но мы видим что на самом деле это по-сути крохи 5-6% от сухой массы корабля. И возврат облегчённого (ускорение удвоилось) корабля назад - это тоже инретесно было бы промоделировать и понять.

В сущности мы тут придумали "велосипед". То же самое у Маска с Фалкон-9 (он нашёл правильное решение) проделывает возвращаемая на старт первая ступень. Но мы это делаем в еще большем масштабе и с другим оборудованием и возвращаем не на поверхность (хотя в случае лунной пращи то и на поверхность), а на орбиту.



Еще интересный нюанс, если бы можно было бы облегчённую ионно-ядерную ступень при возвращении еще и тормознуть об атмосферу... Но во-первых надо хорошо взвешивать (в одну телегу запрягать быка и трепетную лань - почти всегда овчинка не стоит выделки), во вторых надо изучать траектории. Для чего нужны модели.
Удивительно. Но компьютерное моделирование (ставшее доступное всем) реально можно использовать дабы получить нужную интуицию, которую не во всякой книжке вычитаешь! Так интуиция "кочерги" или стены при перелётах к Марсу и Титану (вообще любой планете) мною получена именно на выше недоделанной модели. Данные тут из нее:

[alex_semenov]

Не дождётесь.

Почему же не дождусь? Уже первые контуры "нового мира" намечаются. Тот же Китай. Они с их "Ибу ибуди - хуйдау мунди" явно нацелились на освоение Луны (нужно эссе, объясняющее геополитические смысле, которые преследует компартия Китая?). Пендосы (ну недолюбливаю я их ибо англосаксы) на гов-нище издойдуться но не позволят Китаю единолично осваивать Луну. Эта значит, что новая лунная гонка уже началась и никакая глобализация теперь ее не остановит как в прошлый раз. И бездарная Артемида II - явный рецидив этого нового мира. Хочет уже кто-то этого или нет,  но - ТАК БУДЕТ. Процесс пошёл. Дров в огонь подбрасывают индусы и даже арабы! Своя бомба, своя ракета, свой спутник, свой автомат к Марсу - это прежде всего признаки возрождающегося СУВЕРЕНИТЕТА (вы удивитесь увидив как много наций, ранее сидевших ровно на попе, запуганные глобализмом, оказвается мечтают об своём атоме и космосе). А еще есть такое образование, как Россия. Я его тоже не люблю (они разрушила мой СССР, говнюки) со своими ресентиментами ко всему человечеству. Первая космическая держав так и  будет, стоять в стороне и жевать сопли? Даже если бы захотела - уже не сможет. Она уже вроде как к китайцам присоседилась (Роскосмос - сборище идиотов и откровенных врагов России, бесспорно, как и многое в государсве Российском, тот же Мегарелулятор, например). Но это пока. Китай - НЕ ТОТ партнёр (они на самом деле призерают Россию за то же за что я ее недолюбливаю). Там брат либо старший либо младший. И никаких больше. А Россия признаёт (и поэтому так обижается) только равные браки... Мы может вас разочаруем, но Россия - женщна с ху..ем... Так что. Мир уже колбасить новым космосом (50 лет что мы пережили - это была аномалия, ненормальность) и многое немыслимое еще вчера становится у нас на глазах фактом и даже обыденностью.
А мы всё еще считаем по-старому доброму счёту "будет как было в святых нулевых"?
Ну-ну!
Другим своего ума не добавишь. А вот глупость (кстати) - заразна! 

[alex_semenov]

Не задумывались почему Россия очень вяло развивает свою низкоорбитальную группировку? Хотя по идее должна форсировать?

Потому что "вставать с колен" и одновременно держать англосаксонский (глобалистский) хрен во рту - во всех отношениях неудобно. Вот мы хохлы, мы под англосаксов легли полностью и "получаем удовольствие" (кстати, отключусь ибо интерент лагает, света нет, киевстар надрывается раздавать каналы). А Россия - кочевряжется. Поэтому и крокодил нигде не ловится и не растёт нигде кокос. Полумеры (и нашим и вашим) - это всегда глупо, долго, больно и непродуткивно.

[Изобретатель]

Орбитальная скорость Луны (а значит и базы в точке Лагранжа)  1 км/с. Любой корабль затормозив эту скорость, начнёт падать к Земле по гиперболической траектории. И если такая ракета в момент прохождения у Земли включит свой ЖРД (большую тягу), то может эффектом Оберта выиграть очень много. Вот столько:

Малость ошиблись А.С, чтобы вылететь из точки Лагранжа в любом направлении ,достаточно всего несколько десятков м\сек.
Как-то непонятны ваши трудности с выводом грузов на НОО,Маск уже сейчас выводит около 3000 т в год.
 Для понимания:Построено 10 000 самолётов Боинг 737(2018г) Каждую секунду в воздухе висит 1200 бортов. По массе он равен РН КОРОНА. (100 полётов по 6т) Говорят что ракета даже проще самолёта. То есть для человечества в настоящее время даже поднять мегатонну на орбиту за год не такая неподъёмная тяга. Кстати Маск хочет больше.
Относительно лунного топлива: Еще в доМасковские времена Попадалась мне большая работа международного коллектива .По их расчётам выходило,чтое его выгодно возить даже на околоземную орбиту.Поэтому я вполне понимаю почему Маск переключился на Луну .Снеё осваивать Марс булет намного быстрее проще и дешевле.
Ну и зачем строить большие РН  на Луне или в космосе? Нужно строитьна земле  большие одноступы SSTO  и заправлять их на орбите для дальнейших полётов.

[Rattus]

Я уже много раз слышал что на Титане без обогрева скафандра не обойтись. Чушь. Можно обойтись. И большую часть времени и случаев и надо обходиться

На самом деле со скафандром на Титане вылезает по сути та же проблема, что на Луне (или в чистом космосе - вакуумным) - с тем его элементом, который делает транспортную капсулу собственно скафандром вообще - пальцы. Только на Луне нужно было сохранять давление, а на Титане - хорошо и даже активно отводимое средой тепло. Довольно тонкой и механически весьма стойкой оболочкой. То есть три довольно строгих физических требования сразу. Причём на Титане, из-за его удалённости добавляется ещё одно - на порядок бОльшая долговечность (ну или настолько простое и ресурсно-доступное устройство, позволяющее воспроизводить его "на коленке" на базе).
Рассказывают, что у астронавтов после нескольких часов работы в вакуумном скафандре на Луне и пр., кровь под ногтями выступала в синяки. Весьма это непростая работа получается то есть - и потому возможность её делать в режиме, скажем, земного рабочего стройки - под вопросом.
На Титане нет проблем с давлением, но есть проблема с холодом. Название Вашей картинки "Расчёт толщины утепляющего костюма на Титане" по сути является деизинформирующим - ибо никакого такого расчёта не содержит, а содержит только несколько общеизвестных начальных данных. Это на Земле разница в 10 градусов между "термоядром" и пальцами при наружных зимних ~270 K существенна, а когда снаружи 100 K, поддержание 310 или "только" 300 K - уже особой роли не играет. Но пальцы в скафандре - должны работать, и при этом не отмерзать и не кровоточить от усилий.
Хотя Вы об этом писали два года тому назад:

Конечности самые холодные и они же первыми будут и страдать если что. Они же отмерзают первыми (опять же есть личный печальный опыт, когда в горах Карпат, в ноябре,  пальцы ног "крутило"  всю ночь даже у тёплой печки, не хотели отпускать...).
Но, если проблема реально возникнет, задача вполне решается "влоб". Местным подогревом.

Местный подогрев - электрический, надо полагать? Пальцы - постоянно сгибаются и разгибаются. Много ли электропроводников и тонких нагревательных элементов выдержат такой режим? Хотя и тонкие трубки с жидким теплоносителем - тоже не сильно более надёжный исходно вариант, думается.

[MenFrame]

и при этом не отмерзать

Проблема замерзания рук, это проблема кровотока. Температура понижается, сосуды сужаются, тепла в конечности поступает меньше. Проблема решается подогревом перчаток, к примеру за счет продува их теплым воздухом из остального пространства скафандра.

[alex_semenov]

Малость ошиблись А.С, чтобы вылететь из точки Лагранжа в любом направлении ,достаточно всего несколько десятков м\сек.

В любом направлении  - может быть. Но речь идёт о том чтобы упасть к Земле как будто мы падаем к ней из бесконечности. Тогда эффект от манёвра Оберта будет максимальным. И боюсь что при более тщательном подсчёте затрат они будут еще больше.
И ещё. Я запутался (и терзают сомнения) в формуле скорость на бесконечности после манёвра оберта должна быть как скорость удаления с поверхности Земли (15 км/с) или только с орбиты Земли (7.2 км/с)? Брр-р... торможу что-то.
Но всё равно видно что для запуска к Сатурну выигрыш (учитывая что сначала надо добраться до точки Лагранджа) не так уж и велика. Подозреваю, что тут задейстовано "проклятье" формулы Циалковского. Если дельва-вэ, которая нам надо меньше скорости истечения (3,5 - 4,5 км/с) то выигрышь от манёвра обещает быть хорошим, а если больше, то мы мало что выигрываем в массе топлива. То есть для грузов на Марс или в пояс астероидов это еще катит, а вот дальше - нет. Гипотеза, не факт.

Как-то непонятны ваши трудности с выводом грузов на НОО,Маск уже сейчас выводит около 3000 т в год.
 Для понимания:Построено 10 000 самолётов Боинг 737(2018г) Каждую секунду в воздухе висит 1200 бортов. По массе он равен РН КОРОНА. (100 полётов по 6т) Говорят что ракета даже проще самолёта. То есть для человечества в настоящее время даже поднять мегатонну на орбиту за год не такая неподъёмная тяга. Кстати Маск хочет больше.

Может быть, может быть. НО. Глядя на то как тяжело нам до сих пор обходятся всякие монтажные работы в космосе (по-сути всё что мы научлись там делать - стыковаться и всё). Я бы всё же предпочёл большие и сложные агрегаты делать на Земле и поднимать на орбиту большими блоками что бы там был минимум монтажных работ. В конце концов такая КЛЮЧЕВАЯ вещь в проекте как PROFAC - это такая огромная цельная, хорошо набитая тониим оборудованием труба и собрать ее стыковкой (да еще там где она должна летать, на очень низкой орбите) - безумие. А ее масса нам нужна немалая ибо запас накапливаемого ею топлива (за какой-то там период) и определяется именно массой пустого аппарата. Чем она выше, тем выше будет улов за один цикл заправки (удвоения массы).



PROFAC, как мне кажется, надо запускать однопуском. И это - ключевой элемент всей задуманной мною программы броска к Титану. Не будет его, всё остальное не имеет смысла.



Особо мне тут нравится то что для всех трёх ключевых компонентов (PROFAC для заправки, электро-ядерный буксир-праща для отправки к Сатурну грузов, и собственно сам Титан-экспресс, пилотируемый корабль для доставки людей) опираются на одну и ту же технологию высокоудельномощной (чем выше тем все параметры лучше) ядерно-энергетической установки и ионной тяги (возможно для PROFAC потребуются чуть другие движки, но это не столь важно).

Еще одна важная деталь (можете считать меня шизофреником) но я хочу запускать к Титану экспедицию в условиях даже уже проходящей или состоявшейся войны в косомсе (которая, я считаю будет неизбежно, вопрос лишь в насколько обширная). То есть у нас не будет многих орбит из-за состоявшейся катастрофы Кеслера (и даже не важно поп причине войны или нашей тупой жадности), которые у нас есть и останутся свободными только очень низкие орбиты (до 250 км) либо очень высокие (где-то у геостационара).

Относительно лунного топлива: Еще в доМасковские времена Попадалась мне большая работа международного коллектива .По их расчётам выходило,чтое его выгодно возить даже на околоземную орбиту.Поэтому я вполне понимаю почему Маск переключился на Луну .Снеё осваивать Марс булет намного быстрее проще и дешевле.
Ну и зачем строить большие РН  на Луне или в космосе? Нужно строитьна земле  большие одноступы SSTO  и заправлять их на орбите для дальнейших полётов.

Да, Луна, в силу того что она находится на края гравямы Земли даёт очень много выгод внутри системы Земля-Луна и даже при отлёте в ближнее внеземельне (на тот же Марс). Но выгоды эти небезграничны и по мере удаления цели, быстро (как мне кажется) сходят на нет.

[alex_semenov]

На самом деле со скафандром на Титане вылезает по сути та же проблема, что на Луне (или в чистом космосе - вакуумным) - с тем его элементом, который делает транспортную капсулу собственно скафандром вообще - пальцы. Только на Луне нужно было сохранять давление, а на Титане - хорошо и даже активно отводимое средой тепло.

Согласен. Вопрос - тонкий. И я его уже вспоминал (но честно говоря - опять забыл что даже вспоминал)

Местный подогрев - электрический, надо полагать? Пальцы - постоянно сгибаются и разгибаются. Много ли электропроводников и тонких нагревательных элементов выдержат такой режим? Хотя и тонкие трубки с жидким теплоносителем - тоже не сильно более надёжный исходно вариант, думается.

Хорошо. Давайте думать. Первое. Всё-таки проблема НЕСОПОСТОВИМАЯ. Давление в вакуумном скафандре как раз вещь почти не решаемая. Для Луны и Марса. Разницы почти нет. Что же касается подогрева, то да, лучшее что приходит в голову это какой-то плёночный тонкий нагреватель. При этом первая мысль - сделать/придумать его как сменный вкладыш в перчатку. По мере износа - вкладышь меняется. Перед выходом наружу - проверяется его работоспособность и износ. Да там будет какая-то металло-керамика и пластик, наверное.  Изношенный - в переработку. С пластиками на Титане будет изобилие.

Но вообще говоря, вопрос отмороженных пальцев рук надо изучать отдельно. Даже мой пример с Карпатами показывает что люди почему-то чаще отмораживают пальцы ног чем рук. Хотя ноги почти всегда термоизолированы лучше чем руки. И кстати, если вы очень тепло оделись (особенно ноги) но у вас нет отвода пота, "тело не дышит", то это дурная одежда. Ноги, например очень быстро начинают "хлюпать". И не от внешней воды. Если бы сам не сталкивался (зимние походы-вылазки на природу в неподходящей обуви) - не поверил бы. То есть собственно сам термоскафандр - не такая уж и простая вещь. Тепло должно сохранятся, но пот должен отводиться. Тело в таком скафандре должно дышать.

Возвращаясь к рукам. Именно ощущение замерзания или незамерзания рук связано с тем работаешь ты ими или нет и двигаешься ли ты сам или нет. Да, это всё должно изучаться очень основательно. Но возможно, самое простое и убойное-идиотское на первый взгляд но практичное решение - капитальные варежки (на шее или на резинках как в детстве) и "тонкие" рабочие термоперчатки одетые постоянно. Большую часть времени вы держите руки в толстых термоварежках (и именно без пальцев что бы легко одевать и снимать), но если вам надо тонко поработать руками, то вы просто их высмыкиваете и у вас есть, скажем, пол часа на тонкую работу в "тонких" термоперчатках. Потом (почувствовали что замерзают руки) - в варежки отогреваться (в конце концов боротовой компьютер подскажет что пора бы уже). Люди на морозе так, кстати, постоянно и делают, если заметили но с голыми руками и карманами (посмотрите как часто монтажники при монтажных работах на холоде держат руки в карманах - это по-сути то же самое).
И кстати, если вы работает с инструментом (который скорей всего электрифицирован) то ручку можно подогревать (подогрев включается и выключается автоматически если вы схватились и отпустили ручку инструмент).
Решение?
В том то и фокус, что ДАЖЕ голое тело на -180 С замёрзнет не сразу. Секунд десять, а может и минута - точно всегда есть. А вот в вакууме (в том числе и "атмосфере" Марса) у вас и секунды не будет если что. В этом - принципиальная разница вакуума Луны, Марса, голого космоса и поверхности Титана.
Конечно тут нужен опыт (кстати, тут на Земле провести самые простые и первые опыты не так уж и сложно. Создать обширный тренировочный павильон-копию условий Титана, кажется, проще чем вакуум космоса. И в принципе можно потрогать Титан самолично, неплохой бы был аттракцион, после того как все опыты будут сделаны и оборудование станет просто ненужным).

И всё-таки (что главное) холод Титана, я уверен, всё-таки меньшая проблема (во всяком случае ДРУГАЯ) чем проблема постоянно надутых пальцев в вакуумном скафандре. Что касается вакуума и вакуумных скафандров, то тут такой КОМПЛЕКС проблем... что я испытываю уныние по этому поводу. Вакуумный скафандр, к сожалению, это по-сути автономный космический корабль. И выход в космос по-сути это как запуск космической ракеты. Куча проверок, куча регламентов и этапов. Работа там - как работа сапёра. Один работает (и отчитвается о каждом шаге) другой слушает, смотрит и контролирует-подсказывает. Глядя на то как проходят ВКД на МКС, я полностю теряю веру, что когда-либо люди вообще смогут вскакивать в вакуумный скафандр спросоня и выпрыгивать в них в вакуум как это описано в фантастике. Раз и в космосе и там - резвиться как на лужайке. Да, американцы резвились на Луне но это всё - на камеру и очень недолго.



На Луне будет еще одно проклятье - пыль (которую вы припрёте с собой в закрытое, часто тесное, помещение и с которой надо как-то потом бороться. И преимущество Марса, что там из за ветров пыль не такая уж и острая как на Луне).

А еще - радиация (чего нет на Титане). Отдельная песня. Увы и ах, пока вы гуляете по Луне, Марсу и в открытом космосе в тонком (как не верти) скафандре, ваш ЛИЧНЫЙ счётчик рентген и бэров достаточно зримо вращается и ваш лимит допустимой дозы - быстро сокращается.



Поэтому, для вакуума я давно решил, что радикальным решением-прорывом было бы использования в большинстве случаев роботов-аватаров (не обязательно антропоморфный, нам ехать а не шашечки), управляемых человеком с близкого расстояния (хороший пинг, незаметный лаг).  Скажем, передвижная лунная лаборатория с двумя местами операторов аватаров и два антропоморфных робота-аватара, пристыкованных снаружи и в любой момент готовые соскочить с лаборатории  и побежать посмотреть-поднять-принести, а потом опять пристыковаться снаружи. И проблема пыли-шлюзовки решена. Скафандры тоже, разумеется, будут но к ним будут пребегать куда реже и только в особых (скажем, приятных) случаях (просто погулять).

[alex_semenov]

Проблема решается подогревом перчаток, к примеру за счет продува их теплым воздухом из остального пространства скафандра.

Предлагаю проблему решить коньяком -
Шустовским, Армянским или в крайнем случае Курвуазьешным

Кстати, спиртное действительно создаёт ощущение прилива тепла, именно тем что расширяются вены и внутреннее тепло приливает к наружным, замёрзшим поверхностям тела и в первую очередь к рукам (опасность в том, что это как раз приводит к ускорению потери тепла и не дай бог вам "греться спиртным" на морозе когда вы всё еще замерзаете). И да, как средство первой помощи (в правильном контексте) оно катит. Но только уже когда человек в тепле.

На счётчике - 20 000 сообщений тут. Какое совпадение! Можно было бы и выпить. 
+

(кликните для показа/скрытия)

https://www.youtube.com/watch?v=YXhJYWVhvBo 

[alex_semenov]

Вот эта идея может очень даже хорошо помочь как в среднем (Марс) так и дальнем (Сатурн) внеземелье. Да и в ближнем (для торможения возвращающейся пращи)...

A Plasma Aerocapture and Entry System for Manned Missions and Planetary Deep Space Orbiters

Исследования показали, что пилотируемые миссии на Марс и орбитальные аппараты для исследования дальних планет требуют аэродинамического торможения и аэрозахвата, использующих силы аэродинамического сопротивления для замедления космического аппарата. Возможность использования этих атмосфер для замедления и захвата космических аппаратов значительно снижает стоимость будущих миссий, стартовую массу и позволяет проводить долгосрочные исследования внешних планет и лун, что было бы невозможно при использовании существующих методов торможения с помощью двигательных установок. Плазменная магнитооболочечная система аэродинамического торможения, аэрозахвата и входа в атмосферу (Magnetoshell AAES), разрабатываемая в рамках этой программы, потенциально может обеспечить желаемое торможение со значительно увеличенным сопротивлением и управляемостью, при этом значительно снижая требуемую массу. Реализация аэродинамического торможения с использованием твердотельного дефлектора или аэрооболочки в качестве метода выхода на орбиту и кругового перемещения уже была успешно продемонстрирована в прошлом, с экономией массы более 50%. Для уменьшения влияния фрикционного нагрева и динамического давления на обычно хрупкую аэрооболочку торможение должно быть распределено на множество орбитальных проходов на большей высоте в менее плотных областях атмосферы.

Плазменная магнитооболочка основана на подтвержденных экспериментальных результатах, и ее успешная реализация значительно снизит риски миссии, стоимость запуска, массу и общее радиационное облучение. Плазменная магнитооболочка представляет собой конфигурацию дипольной плазмы с высоким коэффициентом бета (отношение плотности энергии плазмы к плотности энергии магнитного поля), которая первоначально будет заполнена окружающими атмосферными газами. Эта плазма формируется, поддерживается и расширяется с помощью безэлектродного вращающегося магнитного поля (ВМП), которое, как показали предыдущие эксперименты, генерирует необходимую полностью ионизированную высокотемпературную намагниченную плазму. Формирование плазмы с помощью ВМП индуцирует большие токи в плазме, которые раздувают и поддерживают крупномасштабную магнитную структуру. Основным взаимодействием, вызывающим сопротивление между магнитно-удерживаемыми ионами плазмы и поступающими нейтральными атмосферными частицами, является обмен зарядами, имеющий наибольшее поперечное сечение. После обмена зарядами намагниченный атмосферный ион передает свой направленный импульс (в системе отсчета космического аппарата) на магнит посредством изгиба и растяжения силовых линий поля.

Преимуществ такой системы множество. Трение и нагрев больше не будут проблемой, поскольку энергия, необходимая для замедления космического аппарата, будет передаваться ионам плазмы, помогая поддерживать магнитосферную бета-симметрию. Поскольку магнитооболочка теперь состоит из безмассового магнитного поля и грамма плазмы, поперечный масштаб магнитного барьера может достигать 100 метров.

Это означает, что при любой заданной силе торможения, действующей на магнитооболочку, она будет на три порядка больше, чем аэродинамические силы, действующие на космический аппарат. Благодаря возможности быстро и точно изменять сопротивление в различных атмосферных условиях, теперь можно рассматривать гораздо большие тормозные силы с низким риском, что позволяет выполнять очень агрессивные маневры аэрозахвата. Кроме того, магнитооболочка будет защищать от солнечного излучения. Как будет показано, преимущества миссии огромны. Пилотируемая миссия НАСА DRA 5.0 на Марс может быть осуществлена ??с экономией массы в 225 млн тонн и снижением программных и технических рисков. Космические орбитальные аппараты для полетов на дальние планеты могут запускаться по быстрым прямым траекториям, сокращая время полета более чем на 70%. При одинаковой стартовой массе миссия может быть выполнена со значительно меньшим временем полета и, следовательно, с меньшим воздействием солнечного и космического излучения.

На первом этапе будет продемонстрирована уменьшенная версия магнитооболочки, а на втором этапе будет разработана и протестирована полноценная система уровня технологической готовности (TRL) 4. На первом этапе также будет проведена характеристика полного набора миссий и разработана архитектура на системном уровне. По завершении этой программы будет разработана облегченная магнитооболочка AAES, которая значительно расширит возможности как пилотируемых миссий, так и орбитальных аппаратов дальнего космоса.

[MenFrame]

Но вообще говоря, вопрос отмороженных пальцев рук надо изучать отдельно.

Вообще нужно понимать что это проблема того что адаптивная реакция(сохранение тепла) работает дезадаптивно при очень низких температурах. По идее лучший вариант это использовать внутренние возможности организма для решение этой проблемы.
  Задал вопрос Дипсику по этому поводу.

(кликните для показа/скрытия)

Как то был на шашлыках зимой. Насаживал шашлык на шампура голыми руками. Рукам было очень холодно. Вспомнил истории про буддийских монахов которые могли находиться по долгу в холоде, благодаря визуализации того как их тело согревается внутренним огнем. Попробовал так же только чисто с руками. Был удивлен что чувство холода пропало, и никаких последствий негативных не было.  Отсюда вопрос, подобные визуализации могут действительно влиять на физиологию тела и согревать его? Есть ли этому какие то экспериментальные доказательства?

Ваш личный опыт — яркая иллюстрация темы, которая давно и серьезно изучается наукой. Да, такие визуализации действительно могут влиять на физиологию. То, что вы испытали — это не магия и не совпадение, а работа сложных механизмов терморегуляции, которые связаны не только с температурой окружающей среды, но и с нашими органами чувств и даже с работой ума.

На сегодняшний день существуют прямые экспериментальные доказательства того, что:

Визуальная информация (даже без реального холода или жара) меняет физиологию. Исследования японских ученых показали, что просмотр видео с жаркими (пустыня) или холодными (айсберги) пейзажами вызывает у людей физиологические реакции, похожие на те, что возникают в настоящей жаре или холоде. У испытуемых менялись частота сердечных сокращений, сердечный выброс и общее периферическое сопротивление сосудов . Более того, в другом эксперименте было обнаружено, что просмотр "жарких" видео приводил к статистически значимому снижению температуры тела (ректальной температуры) людей, которые в это время находились в реальном прохладном помещении . Это прямое доказательство того, что "мысленные образы" могут не только создавать ощущение, но и буквально "перенастраивать" внутренний термостат организма.

Медитация тибетских монахов (туммо) работает и фиксируется приборами. Знаменитая практика "внутреннего огня" — не просто легенда. Исследователям из Гарварда и Национального университета Сингапура удалось зафиксировать физиологические изменения у монахов во время этой медитации. В ходе церемонии, где монахи сушили на себе мокрые холодные простыни, их температура тела повышалась до 38,3°C . Гарвардский исследователь Герберт Бенсон, изучавший этот феномен 20 лет, подтвердил, что монахи действительно используют силу разума для выработки тепла .

Эффект работает даже в виртуальной реальности и с отдельными частями тела. Самые современные исследования (2023 год) показывают, что если в виртуальной реальности дать человеку "огненные руки", то температура его реальных кистей рук снижается . Это звучит парадоксально (огонь должен греть), но ученые объясняют это так: мозг, получая сигнал "огонь, жарко", запускает механизм охлаждения (расширение сосудов для теплоотдачи), чтобы избежать перегрева. Ваш случай с руками на холоде — обратный процесс: вы представили тепло, и организм, вероятно, отреагировал приливом крови к рукам (периферическая вазодилатация), что и создало физическое ощущение тепла.

Краткий итог:
Наука подтверждает: визуализация и медитация могут влиять на терморегуляцию. Это происходит за счет связи между зрительными образами, вегетативной нервной системой и центрами терморегуляции в мозге. Ваш опыт с руками — отличный пример того, как эти механизмы работают на практике, даже без многолетних тренировок.